Lambda表达式之capture子句

1、基本用法

Lambda 可在其主体中引入新的变量（用 C++14），它还可以访问（或“捕获”）周边范围内的变量。 Lambda 以 capture 子句开头。 它指定捕获哪些变量，以及捕获是通过值还是通过引用进行的。 有与号 (&) 前缀的变量通过引用进行访问，没有该前缀的变量通过值进行访问。空 capture 子句 [ ] 指示 lambda 表达式的主体不访问封闭范围中的变量，只访问lambda体中提及的变量。基本用法如下面代码所示：

int main()
{
    using namespace std;
    auto p = [] {cout << "Lambda base using"; };
    p();
}

2、引用传递与值传递

可以使用默认捕获模式来指示如何捕获 Lambda 体中引用的任何外部变量：[&] 表示通过引用捕获引用的所有变量，而 [=] 表示通过值捕获它们。 可以使用默认捕获模式，然后为特定变量显式指定相反的模式；使用默认捕获时，只有 Lambda 体中提及的变量才会被捕获。 例如，如果 lambda 体通过引用访问外部变量 total 并通过值访问外部变量 factor，则以下 capture 子句等效：

[&total, factor]
[factor, &total]
[&, factor]
[=, &total]

[]:不捕获任何外部变量，只捕获Lambda体中的变量
[=]:以值捕获所有外部变量
[&]:以引用捕获所有外部变量
[var]:以值的方式捕获特定变量var
[&var]:以引用方式捕获特定变量var
[=,&var]:以值方式捕获所有外部变量，但以引用的方式捕获变量var
[&,var]:以引用方式捕获所有外部变量，但以值的方式捕获变量var

基于以上内容进行代码示例如下：

int main()
{
    using namespace std;
    int b = 99;
    string c = "test";

    //捕获Lambda体中的变量
    auto p = [] {int a = 100; cout << "a value is:" << a << endl; };
    p();

    //以值的方式捕获所有外部变量
    auto p1 = [=] {cout << "b value is:" << b << endl; 
                    cout << "c value is:" << c.c_str() << endl; };
    p1();

    //以引用方式捕获所有外部变量
    auto p2 = [&] {cout << "b before value is:" << b << endl; 
                    b += 1; cout << "b after value is:" << b << endl;
                    cout << "c before value is:" << c.c_str() << endl;
                    c.append("abc"); cout << "c after value is:" << c.c_str() << endl; };
    p2();
    
    //以值的方式捕获特定变量
    auto p3 = [b] {cout << "b value is:" << b << endl; };
    p3();

    //以引用方式捕获特定变量
    auto p4 = [&b] {cout << "b before value is:" << b << endl;
                    b += 1; cout << "b after value is:" << b << endl; };
    p4();

    //以值方式捕获所有外部变量，但以引用的方式捕获特定变量
    auto p5 = [=, &b] {cout << "b before value is:" << b << endl;
                        b += 1; cout << "b after value is:" << b << endl; 
                        cout << "c value is:" << c.c_str() << endl; };
    p5();

    //以引用方式捕获所有外部变量，但以值的方式捕获特定变量
    auto p6 = [&, b] {cout << "b value is:" << b << endl;
    cout << "c before value is:" << c.c_str() << endl;
    c.append("123"); cout << "c after value is:" << c.c_str() << endl; };
    p6();
}

如果 capture 子句包含默认捕获 &，则该 capture 子句的捕获中没有任何标识符可采用 &identifier 形式。 同样，如果 capture 子句包含默认捕获 =，则该 capture 子句没有任何捕获可采用 =identifier 形式。 标识符或 this 在 capture 子句中出现的次数不能超过一次。 以下代码片段给出了一些示例：

struct S { void f(int i); };

void S::f(int i) {
    [&, i]{};      // OK
    [&, &i]{};     // ERROR: i preceded by & when & is the default
    [=, this]{};   // ERROR: this when = is the default
    [=, *this]{ }; // OK: captures this by value. See below.
    [i, i]{};      // ERROR: i repeated
}

3、this指针在Lambda表达式中的应用

 要在类成员函数体中使用 Lambda 表达式，请将 this 指针传递给 capture 子句，以提供对封闭类的成员函数和数据成员的访问权限。Visual Studio 2017 版本 15.3 及更高版本（在 /std:c++17 模式及更高版本中可用）：可以通过在 capture 子句中指定 *this 通过值捕获 this 指针。 通过值捕获会将整个闭包复制到调用 Lambda 的每个调用站点。 （闭包是封装 Lambda 表达式的匿名函数对象）。当 Lambda 在并行或异步操作中执行时，通过值捕获非常有用。使用capture子句需要注意如下几点(官方):

---引用捕获可用于修改外部变量，而值捕获却不能实现此操作。 （mutable 允许修改副本，而不能修改原始项。）

int main()
{
    using namespace std;
    int b = 99;
    string c = "test";

    auto p = [b]()mutable { cout << "b before value is:" << b << endl;
    b += 1; cout << "b after value is:" << b << endl; };
    p();

    cout << "b current value is:" << b << endl;
}

---引用捕获会反映外部变量的更新，而值捕获不会。

---引用捕获引入生存期依赖项，而值捕获却没有生存期依赖项。 当 Lambda 以异步方式运行时，这一点尤其重要。 如果在异步 Lambda 中通过引用捕获局部变量，该局部变量将很容易在 Lambda 运行时消失。 代码可能会导致在运行时发生访问冲突。

this指针在Lambda表达式中的应用根据不同的C++版本对比如下:

演示代码如下:

struct S {
    void test();
    int b;
};
void S::test()
{
    using namespace std;
    b = 1;
    auto p = [this] {cout << "b value is:" << b << endl; };
    p();

    b += 1;
    auto p1 = [=, self = *this]{ cout << "b value is:" << self.b << endl; };
    p1();

    b += 2;
    auto p2 = [=, *this]{ cout << "b value is:" << b << endl; };
    p2();
}

int main()
{
    S s;
    s.test();
}

 4、capture引入并初始化新的变量

在 C++14 中，可在 Capture 子句中引入并初始化新的变量，而无需使这些变量存在于 Lambda 函数的封闭范围内。 初始化可以任何任意表达式表示；且将从该表达式生成的类型推导新变量的类型。 借助此功能，可以从周边范围捕获只移动的变量（例如 std::unique_ptr）并在 Lambda 中使用它们。

int main()
{
    //初始化pt为12个值为0的容器
    std::unique_ptr<vector<int>> pt = std::make_unique<vector<int>>(12);

    //对12个元素重新赋值
    for (int i = 0; i < 12; i++)
        (*pt)[i] = i;

    auto p = [ptr = move(pt)]{
        for (int num : *ptr)
        cout << "current value is:" << num << endl;
    };
    p();
}

int main()
{
   int m = 0;
   int n = 0;
   [&, n] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
   cout << m << endl << n << endl;
}